離子色譜技術在水環(huán)境檢測中的應用

亢生磊(甘肅有色冶金職業(yè)技術學院冶金與化學工程系，甘肅 金昌 737100)

0 引言

離子色譜技術在我國社會領域得到了廣泛應用，在化工、醫(yī)藥等領域發(fā)揮出了巨大應用價值。在現(xiàn)代科技不斷進步的背景下，離子色譜技術逐漸向著水環(huán)境監(jiān)測領域延伸，將其應用于水環(huán)境檢測工作，可提高檢測的整體效率，保障檢測結果的準確性。

1 水環(huán)境中污染物的來源及危害

根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀來看，我國目前針對水環(huán)境中需要優(yōu)先控制的污染物高達68種，其中有毒有害的有機污染物種類高達58種。有機污染物在水土環(huán)境中屬于主要污染物，其中有機污染物的污染最為顯著。可以看出，有機污染物已經(jīng)成為污染我國水資源的主要物質(zhì)。在水生態(tài)環(huán)境中，有機污染物部分來自于大自然，許多地區(qū)，尤其是森林和草原的水土環(huán)境中，因為含有大量的天然有機物會與金屬離子發(fā)生反應，其中比較有代表性的是腐殖酸，在水和土壤環(huán)境中，腐殖酸等天然有機物會與水中的消毒劑氯發(fā)生反應，該有機物可以提高水中重金屬和其他有機污染物的活性生成具有致癌風險的氯仿。消毒劑氯主要通過人類生產(chǎn)生活排放，這些有機污染物的自然降解難度較大，對人體會產(chǎn)生毒害作用，導致人體激素紊亂、降低人體免疫力，甚至會影響人的正常生育繁殖，因此加強對水污染監(jiān)測與防治迫在眉睫[1]。在實際的使用中，將離子色譜技術應用其中，可以分析水樣中的陰、陽離子，檢測水體中重金屬離子或高氯酸離子等有機污染物，在對混合物進行檢測的過程中，分析混合物的多種組分構成，可以高效進行分離與分析。

2 離子色譜的概念

2.1 離子色譜技術的基本原理

離子色譜技術是高效液相色譜技術的分支，主要是用交換容量低的離子交換樹脂作為固定相分離離子物質(zhì)，其中有專業(yè)的電導檢測器，連續(xù)監(jiān)測物質(zhì)中電導率變化。離子色譜技術主要利用溶質(zhì)與固定相之間的非離子相互作用進行離子分離，主要包括有機酸和氨基酸等。在色譜分離的過程中，待測樣品中的離子與相應的流動性離子之間發(fā)生交換，吸附在固定相上的離子與流動性的離子之間會發(fā)生競爭交換反應，通過這樣的原理，不同的離子會按一定的順序被洗脫。

2.2 離子色譜技術的內(nèi)涵

離子色譜技術屬于一項化學檢測技術，在時代不斷進步的背景下該技術的應用愈發(fā)成熟，目前已經(jīng)形成完整的檢測程序與理論知識體系。在水環(huán)境檢測中離子色譜技術相較于其他檢測技術，無論是技術檢測效率、準確性等都有著明顯優(yōu)勢，且檢測流程較為簡單。在應用離子色譜技術之前，需要提前對過濾程序進行明確，其后續(xù)檢測流程簡便、檢測成本可觀。在對不同水樣進行檢測的過程中，往往會涉及各種離子，會涉及相對復雜的化學性質(zhì)，該技術對各種復雜檢測環(huán)境的適應性較強，可以在短時間內(nèi)獲取精準的離子成分、含量信息，相較于其他檢測技術在水環(huán)境檢測中有著更好的適應能力。另外，在離子色譜檢測過程中，所使用的儀器設備大多用特殊材料制成，造價較低，如：塑料、玻璃等，在水污染程度較為嚴重的情況下，復雜的離子組分不容易對檢測儀器設備造成損壞。

3 離子色譜技術的運行原理

3.1 技術組成

3.1.1 分離性

在離子色譜中分離技術組成元素占據(jù)著重要地位，可以對水體中的酸堿成分進行有效檢測，通過這種方式?jīng)Q定該技術組成元素的非金屬性。

3.1.2 檢測器

檢測技術組成元素具有輔助功能，主要用于對各運行環(huán)節(jié)進行輔助，可顯著提高水環(huán)境檢測中所獲取離子信息的靈敏度，對提高檢測精度有很好的輔助作用。

3.1.3 數(shù)據(jù)處理程序

在水環(huán)境檢測中，數(shù)據(jù)處理技術是非常重要的一個程序，主要應用相應的計算機終端獲取各類檢測數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行篩選、分析與處理，可以在最短時間內(nèi)得出準確的檢測結果。

3.1.4 傳送裝置

在離子色譜系統(tǒng)中傳送技術有著較高應用價值，可以精準對水樣進行分類和處理，同時還可以對水樣進行儲存。

3.2 分離方法

水環(huán)境檢測中應用離子色譜技術，本質(zhì)上主要通過對樣品與固定相中的離子進行交換，在特定離子交換程序的支持下實現(xiàn)水環(huán)境檢測目標。其中，離子交換形式可以分為三種：(1)排斥色譜；(2)離子對色譜；(3)交換色譜。三種不同的離子交換形式有著不同優(yōu)勢，它們的交換效率以及交換效果存在一定差異，在實際檢測過程中要結合實際情況選擇不同的離子交換形式[2]。

4 水環(huán)境檢測中離子色譜技術的特點與應用優(yōu)勢

4.1 離子色譜技術在水環(huán)境檢測中的應用特點分析

4.1.1 提高效率

結合離子色譜的技術原理，在水環(huán)境檢測中針對樣品中的離子具有較強的選擇性，在實際檢測中可以借助不同離子對固定相中樹脂的親和力存在差異這一特點，可以對各種復雜樣品中的離子成分進行分析，同時還可以有效對樣品中的離子進行分離。應用離子色譜技術，輔助采用雙柱技術，可以大幅提高離子分離的效率，得到更加理想的離子分離效果[3]。離子色譜技術在水環(huán)境檢測中，對水樣中一些常見陽離子和陰離子的分離與分析速度較快，平均時間可控制在20 min以內(nèi)，在采用高效分離柱后可將檢測時間控制在10 min以內(nèi)。在檢測環(huán)境適宜的情況下應用離子色譜技術，可高效對各類陰離子混合物進行分離，綜合采用雙柱法可以在短短十幾秒時間內(nèi)進行分離。

4.1.2 提升精準程度

在水環(huán)境檢測中應用離子色譜技術具有很高的靈敏度，所獲得檢測結果的精度較高，其中，離子交換色譜技術主要以不同離子間存在的相互作用力實現(xiàn)對陰陽離子的分離；離子排斥色譜技術，主要由溶質(zhì)與固定相間的非離子性作用進行離子分離，主要包括有機酸、氨基酸等均可使用該技術進行離子分離；離子對色譜技術主要結合分離與吸附的選擇特性，在綜合考慮流動相整體性能的基礎上分離離子，通常該技術適用于對樣品表面金屬絡合物以及活性陽離子進行分離。

4.1.3 檢測適應性較高

離子色譜技術還具有較高的靈敏度，如進樣體積為50 μL時，一些常見陰離子的檢測不會超過10 μg/L，在增加樣品體積的過程中，可以用小孔填充色譜柱，一些常見陰離子的檢出限可達10-12g/L，與原子吸收光譜法、分光光度法等檢測技術相比，離子色譜法分析濃度范圍約在μg/L與mg/L之間，這種精準度可以支持該技術同時檢測多種物質(zhì)和離子。此外，在完成相同水環(huán)境檢測任務時，離子色譜技術所花費時間更短，因此在水環(huán)境檢測中有較強的適應性，逐漸成為各大實驗室首要選擇的一項技術。

4.2 離子色譜技術在水環(huán)境檢測中的應用優(yōu)勢分析

在水環(huán)境檢測中離子色譜技術是一項較為先進的技術手段，在實際應用過程中其優(yōu)勢非常明顯。一方面，在水環(huán)境檢測中應用傳統(tǒng)檢測技術存在較大局限性，在實際檢測過程中傾向于對某一種特定元素進行檢測和分析，在實際檢測中所消耗時間與精力較多，同時要投入大量人力資源，在實際檢測過程中也容易受各類因素干擾。在應用離子色譜技術后，可大幅提升水環(huán)境檢測的效率，實際檢測對時間要求較低，可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成檢測工作，同時還可以有效規(guī)避各類因素對檢測結果造成的影響，在保證檢測精度的基礎上大幅提高水環(huán)境檢測的效率。另一方面，離子色譜技術在水環(huán)境檢測中有著較高的靈敏度，這是常規(guī)檢測技術無法相比的優(yōu)勢，有利于大幅縮短檢測工作消耗的時間[4]。最后，該技術在不斷發(fā)展過程中，市場上逐漸出現(xiàn)了多種固定相與檢測設備，在實際進行水環(huán)境檢測的過程中要想使用離子色譜技術，檢測人員的選擇范圍更廣，使得傳統(tǒng)水環(huán)境檢測流程得到進一步精簡。

5 基于水環(huán)境檢測的離子色譜技術應用中的注意事項

5.1 水資源過濾時把控好檢測順序，保持水環(huán)境穩(wěn)定

在對水資源進行過濾的過程中應用離子色譜技術，要控制好檢測的順序，選擇適量水樣進行加工處理，在對水樣進行加工完成后才可以進行過濾。采用濾膜輔助完成水樣的過濾操作，濾膜厚度需要控制在0.4 μm左右，確保水樣可以有效對物質(zhì)進行排放，要求所排放物質(zhì)具有顆粒大的特點，一方面可以降低后期處理的難度，另一方面避免在后期處理過程中出現(xiàn)管道堵塞的問題，保證水環(huán)境檢測工作順利開展。

5.2 避免水樣成分構成復雜產(chǎn)生的影響，控制不必要變量

部分受污染的水樣其構成成分十分復雜，如河道中采集的水樣，可能受到了生活與工業(yè)污水的污染，導致水樣成本的復雜程度大幅提升。在應用離子色譜技術的過程中，需要對水樣稀釋，然后降低檢測的整體難度。通常，在對水樣進行稀釋的過程中，需要用到淋洗液，在淋洗液與水樣結合發(fā)生化學反應的過程中，可以有效對水樣中的陰離子進行分離。在實際稀釋過程中，檢測必須嚴格對淋洗液的用量進行控制，避免因為淋洗液濃度過高，影響離子色譜的檢測精度。另外，應用離子色譜技術還容易受溫度的影響，因此在進行水環(huán)境檢測的過程中，還應當加強對溫度的把控，避免在溫度變化較大的情況下對檢測數(shù)據(jù)的精度造成影響。因此，通常需要在室內(nèi)環(huán)境進行水環(huán)境檢測，保證室內(nèi)溫度可調(diào)節(jié)，通過在室內(nèi)設置溫濕度控制系統(tǒng)，避免在室內(nèi)溫濕度發(fā)展變化的情況下對檢測精度造成影響。

5.3 避免因為壓力較大導致氣泡混入

在雜質(zhì)混入的情況下可能導致離子色譜系統(tǒng)的壓力增高，這可能對檢測的準確性造成影響。如果壓力過高，容易堵塞止回閥、保護柱和色譜柱。在實際檢測過程中，一旦因為壓力過高導致離子色譜系統(tǒng)出現(xiàn)異常，就應及時識別止回閥、色譜柱等堵塞部位疏通堵塞。同時，在實際的系統(tǒng)應用中，需要及時斷開保護柱的入口端。一旦出現(xiàn)壓力過大的問題，可以先將止回閥拆下，經(jīng)過超聲波處理后再安裝，為避免因為壓力過大的問題堵塞保護柱塞板，還需要斷開色譜柱和保護柱的連接管。經(jīng)過以上操作之后，如果洗脫后壓力仍然過高，就要考慮更換色譜柱或濾網(wǎng)以消除故障。

應用離子色譜技術過程中，其基線是否穩(wěn)定決定了最終檢測的精度。在對水樣進行檢測的過程中要從根源上規(guī)避氣泡混入的問題，采用真空泵等設備對純水進行脫氣處理，或者需要及時中斷檢測，并打開閥門釋放壓力[5]。

5.4 維持電導穩(wěn)定，避免因為驟升電壓導致雜質(zhì)介入的問題

應用離子色譜技術進行水環(huán)境檢測，就需要考慮到電導率背景值有較強的穩(wěn)定性的特點，一旦電導率背景值因雜質(zhì)的干擾而增大，就可能對檢測結果的準確性產(chǎn)生較大的影響。為從根源上規(guī)避電導驟升的問題，在離子色譜的實際應用過程中要從根源上避免雜質(zhì)介入的問題，在抑制器效果不理想的情況下需要及時進行更換。

6 新時代離子色譜技術在水環(huán)境檢測中的實際應用

6.1 利用技術優(yōu)化離子色譜技術的運用環(huán)境

離子色譜技術適用于對各類水體進行檢測，除了部分自然水體，如：海洋、湖泊、河流等，還可以對工業(yè)廢水以及生活污水進行檢測，其主要通過對水樣進行檢測，判斷被檢測水體是否與當前的環(huán)境指標相符，衡量水體環(huán)境是否會對人體健康造成危害，將檢測結果作為水污染治理的主要依據(jù)。應用離子色譜技術，可以對水環(huán)境中所蘊含的有機污染物以及各類復雜污染物中所蘊含的陰離子、陽離子進行分離和檢測。

6.2 利用技術對無機陰陽離子進行檢測

在現(xiàn)代化進程中，水環(huán)境的污染程度加劇，主要受工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動及城市生活等因素影響，大量污染物、廢水的排放，進一步加劇了對自然水體的污染。在水生態(tài)環(huán)境中，許多污染物質(zhì)難以通過肉眼觀察的方式檢測，因此要輔助采用相應的檢測技術，對水中污染物類型、含量進行測定。應用離子色譜技術，可以高效對水中含有的陰離子與陽離子進行檢測，該技術在我國水環(huán)境檢測中的應用愈發(fā)成熟。在實際檢測過程中，檢測人員主要通過水樣中的硫酸根以及鹵素陰離子發(fā)現(xiàn)水樣中的無機陰陽離子。該技術在檢測無機陰陽離子的過程中，需要利用離子交換柱在水樣中放置水溶液，通過對樣品進行檢測和分析，實現(xiàn)對水體環(huán)境的全面監(jiān)測，通過對水溶液中硼酸根離子濃度進行測量，結合測量結果可以對水體的水質(zhì)情況進行準確判斷。當前，應用離子色譜技術可用于對Br-、F-、NO2-等物質(zhì)進行檢測[6]。采用梯度淋洗的手段可以對數(shù)十種離子進行分離處理，且消耗的分離時間較短。在對飲用水中的離子進行檢測的過程中，有利于大幅提高飲用水的質(zhì)量，判斷飲用水是否符合居民生活用水的標準，對保障人們用水健康有著重要意義。

6.3 利用技術對有機陰陽離子進行檢測

離子色譜技術除了可以檢測水中的無機陰陽離子以及諸多無機污染物外，還可以對有機陰陽離子進行檢測。例如，在水體中可能含有大量檸檬酸物質(zhì)，這些物質(zhì)應用氣相色譜技術將難以對其進行分離，因此只有采用離子色譜技術實現(xiàn)檢測，通過對復雜的有機陰陽離子進行分離，可以準確將水中蛋白質(zhì)等有機污染物的類型及含量檢測出來。在水體中可能含有非常復雜的成分，應用離子色譜技術可實現(xiàn)對離子的分離與檢測，對水中陰陽離子、蛋白質(zhì)等成分進行高效測定，其中水環(huán)境檢測中需要重點檢測有機酸與有機堿，因為在有機酸堿的取代基中，存在多基酸與多種控酸，這就使得在水環(huán)境檢測中難以通過特定反應進行氣體揮發(fā)，難以利用氣相色譜技術進行檢測，因此應用離子色譜技術可以很好地解決這一問題。

6.4 利用技術分析極性化合物

當前，在離子色譜技術研究與應用不斷深入的背景下，離子色譜技術應用過程中相關設備儀器進一步優(yōu)化，逐步實現(xiàn)對各類復雜離子的分離與分析。例如，在水環(huán)境檢測中對極性化合物進行分析，離子色譜技術具有較強的應用成效，目前已經(jīng)可以實現(xiàn)對有機酸、生物胺等物質(zhì)的分析，能夠進一步對改善水環(huán)境創(chuàng)造良好條件。同時，在對用水質(zhì)量要求不斷提升的背景下，正在研究一種造價更低、操作便捷的離子色譜技術，這就可以看出離子色譜技術在水環(huán)境檢測中的顯著優(yōu)勢，已經(jīng)引起了廣泛關注。

6.5 利用物理性質(zhì)對水環(huán)境進行檢測

除了采用化學手段檢測水環(huán)境外，物理手段也可以用來檢測水環(huán)境，可以通過安裝電導儀進行檢測，也可以通過安裝Abe檢測儀進行檢測。在運用電導檢測器的過程中，可以將電導檢測器安裝于水體中，通過對儀器運行所限制的電導率進行觀測，可以準確對水體中各種物質(zhì)的構成進行判斷。通過在水體中安裝安倍檢測器，可以結合水中發(fā)生的氧化還原反應對其中存在的物質(zhì)進行檢測和分析[7]。

7 結語

綜上所述，在此次分析中充分認識到了水環(huán)境檢測中離子色譜技術的應用價值，該技術對提高水環(huán)境檢測的準確性與效率有很好的幫助，當前在水環(huán)境檢測中的應用不斷成熟。結合離子色譜技術的應用優(yōu)勢，該技術可用于對水中無機陰陽離子、有機陰陽離子、極性化合物等進行檢測，適用于對各種復雜水樣進行檢測和分析。在實際檢測過程中，離子色譜技術的檢測流程清晰可見，具有較強的穩(wěn)定性與可靠性，可在短時間內(nèi)分析水污染程度，并獲取水中污染物的種類、組成以及濃度，為后續(xù)開展水污染防治工作創(chuàng)造良好條件。